세포주기 조절

동물 발달은 하나의 세포인 수정란에서 비옥한 성체로 자라기 위해 여러 번의 세포 분열이 필요합니다. 각 분열 동안 세포는 “세포 주기”를 구성하는 순차적인 일련의 사건을 완료합니다. 이 주기는 DNA 합성 단계 (S phase) 에서 유전체의 정확한 복제를 포함하며, M phase(그림 1A) 에서는 딸 세포 각각으로 전체 염색체 세트가 분배됩니다. 체세포 주기도 G1 과 G2 라는 “간격(Gap)” 단계를 포함하는데, 이는 M phase 의 완료와 다음 주기에서의 S phase 시작을 연결하고, S 와 M 단계를 구분합니다. 환경 및 발달 신호에 따라 G1 단계의 세포는 세포 주기를 일시적 또는 영구히 떠날 수 있으며, 이를 휴지기 또는 정지된 G0 단계라고 합니다.

발달 과정 중에는 이러한 전형적인 체세포 분열 주기의 변형이 특정 요구사항을 충족하기 위해 사용됩니다 (그림 1B). 여기에는 G1 과 G2 단계를 가지지 않는 빠른 배아 세포 주기, 감수성 세포 주기를 통해 단일배자 생식 세포를 형성하는 것, 그리고 S 단계를 따라가ずに 복제만 일어나는 내복제 (endoreduplication)(또는: endoreplication) 주기가 포함됩니다. 이러한 변형 세포 주기는 C. elegans 발달 동안의 전형적인 세포 분열 패턴을 구성합니다.

세포 외부 신호와 세포 내 정보의 조합이 세포가 분열 주기에 진입할지 여부를 결정합니다. 일반적으로 외부 신호는 세포가 전체 주기를 진행하기로 결심한 순간, 즉 효모에서는 "START", 포유류에서는 "Restriction point"로 알려진 G1 단계에서만 이 결정에 영향을 줍니다. 그 이후부터 세포 주기 진전은 세포 주기 기계 (machinery) 에 의해 내재적으로 조절됩니다. 이 기계의 기본 구성 요소는 모든 진핵생물에서 보존되어 있습니다.

다양한 진핵생물에 대한 연구 결과의 종합은 세포 분열 주기의 진행이 사이클린 의존성 키나아제 (CDKs) 의 활성화 및 비활성화에 의해 구동됨을 보여줍니다. CDKs 는 사이클린 아단위와 결합해야 활성화될 작은 세린/스로닌 단백질 키나아제입니다. 효모에서는 단일 CDK(Saccharomyces cerevisiae 의 p34CDC28 과 Schizosaccharomyces pombe 의 p34cdc2) 가 다양한 사이클린과 협력하여 G1, S 및 G2/M 단계로의 진행을 촉진합니다. 메타조아 (Metazoans), C. elegans 를 포함한 종은 다양한 사이클린뿐만 아니라 여러 가지 촉매 아단위 (그림 1C) 를 사용합니다. Geminin 은 S, G2, M 단계 동안 DNA 복제를 억제하며, metaphase-anaphase 전이 시 geminin 의 파괴가 다음 세포 주기에서의 복제를 허용합니다.